构建基本模型解决中学锐角三角函数的实际问题

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  锐角三角函数是中学数学知识体系的重要构成部分,也是学生学习的重、难点。学生在解决锐角三角函数的实际问题时,总是出现这样或那样的错误。虽然学生通过学习锐角三角函数的概念,有了一定的知识基础,但在具体的实际问题中如何构建直角三角形,并根据已知条件选择恰当的锐角三角函数,还是有一些困难的,易混淆,也易出错[1]。
  利用锐角三角函数和勾股定理的知识综合解决实际生活中的问题,可以提高学生分析问题、解决问题的能力,还可以通过这样的方式,将数形结合的数学思想方法传递给学生。
  下面列举三个基本模型,以帮助学生解决锐角三角函数在实际生活中的应用问题。
  一、构建一个直角三角形模型
  根据题意构建含已知角的直角三角形,把题目中的已知和未知有效地沟通起来。
  例1如图1,某公园人口处原有三级台阶,每级台阶高为18 cm,宽为30 cm,为方便残疾人通行,现将台阶改为斜坡,设台阶的起点为A,斜坡的起始点为C,现设计斜坡BC的坡度为1/5。求AC的長度。
  点评:这道题是考查解锐角三角函数的实际应用即坡度问题,注意掌握坡度的定义,注意数形结合思想的应用。通过辅助线(作高线)的作法,构建出直角三角形,从而问题得以解决。
  二、构建“直角三角形十矩形”模型
  如果梯形的内角中有已知角时,一般过较短的底边作梯形的高,可构建出含已知角的直角三角形和矩形。
  例2 如图2所示,在电线杆上的C处引拉线CE、CF固定电线杆,拉线CE和地面成60°角,在离电线杆6m的B处安置测角仪,在A处测得电线杆上C处的仰角为30°,已知测角仪的高AB为1.5 m,求拉线CE的长(结果保留根号)。
  点评:这道题是考查解锐角三角函数的实际应用即仰角俯角问题,注意掌握仰角、俯角的定义,注意数形结合思想的应用。通过辅助线的作法,构建出含已知角的直角三角形和矩形,从而问题得以解决。
  三、构建“有公共高的双直角三角形”模型
  如果三角形中,已知两个角和夹边求高,以及求其他的边长的问题,一般通过作高线,可构建出含有公共高的双直角三角形模型,利用方程的思想方法解决问题。以下两个模型的最后结果,还可以作为公式加以应用,在解决填空题、选择题时,可直接代用公式计算得出答案。
  如图3所示,已知△ABC中,BC=a,∠ABC=a,∠ACD=β,求△ABC的高AD。
  例3如图5所示,某数学兴趣小组为测量教学楼CD的高,先在A处用高为1.5 m的测角仪测得教学楼顶端D的仰角∠DEG为30°,再向前走20 m到达B处,又测得教学楼顶端D的仰角∠DFG为60°,A,B,C三点在同一水平线上,求教学楼CD的高(结果保留根号)。
  点评:这道题考查了锐角三角函数的实际应用,属于典型的有公共高的双直角三角形(模型2)的应用,可用模型2的方法解决问题。但由于此题的角度的特殊性,可把已知条件EF的长度转化到DF,从而把问题放在Rt△DFG中,根据锐角三角函数即可求出DG,从而求出教学楼CD的高。显然这个方法要比模型2的方法简单得多。
  总之,在解决锐角三角函数的实际应用题时,应把握好锐角三角函数的定义,通过作辅助线,构建出直角三角形,善于识别以上三个基本模型,反复训练,并灵活地加以应用。但我们解题的时候,也不要盲目地套用模型,注意观察条件,找到更好的解决方法。
  参考文献:
  [1]周晓凤.锐角三角函数的类型及应用[J].数学大世界(中旬),2019(5).
  作者单位:云南省昆明市实验中学
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